在数字化时代对更大存储容量与更快读写速度的持续追求下，磁性存储技术正逐步成为前沿研究的热点。然而，传统磁性存储设备存在一项固有缺陷：它们依赖电流产生磁场以实现磁化方向的翻转，这一过程伴随着较大的能量损耗，主要以热量形式散失。因此，如何在不牺牲性能的前提下进一步降低磁性存储的功耗，成为研究人员关注的焦点。
多铁性材料因同时具备铁电性与铁磁性，被视为下一代存储技术的潜在颠覆者。理想状态下，这类材料的磁化应能够通过电场而非电流来操控，从而有效减少能耗。但长期以来，研究受限于一个普遍假设：为了有效翻转磁化方向，外加电场的方向必须与磁化反转方向一致，这一认知制约了多铁性器件的发展。
针对这一挑战，日本东京工业大学的重松敬助理教授与特别聘任副教授Hena Das，联合研究生伊藤拓真和东工业大学教授东正树，以及住友化学公司，共同在多铁性材料研究上取得了关键性突破。他们的成果已发表在《Advanced Materials》期刊上。团队首次实验证明，在BiFe₀.₉Co₀.₁O₃这类罕见的单晶薄膜多铁材料中，即使电场方向与磁化方向垂直，也能实现磁化翻转。这种材料在室温下表现出铁电性与铁磁性的耦合特性，为未来应用奠定了现实基础。
图：多铁材料突破：电场驱动磁化翻转助力低功耗存储
该研究的成功关键在于以非常规晶体取向生长BiFe₀.₉Co₀.₁O₃薄膜。通过理论建模与实验证明，研究人员发现施加在薄膜表面平行方向的电场，竟能触发垂直方向上的磁化翻转。这一发现打破了传统设计思路，显示出极化翻转角度对磁化反转方向具有决定性影响。
此前，多铁性存储设计普遍建立在电场与磁化方向必须共线的假设上。本研究则突破这一限制，提出了更具灵活性的器件设计构想。重松表示：“这种设计自由度的提升，使得极化电极与磁化感测器可以更加灵活布置，有助于充分发挥BiFe₀.₉Co₀.₁O₃材料的性能优势。同时，在存储器技术中，实现更高集成度至关重要，而设计自由度的增加恰恰为此提供了可能。”
这种高集成化的多铁存储器，不仅有望降低电子设备的整体功耗，还能在性能与存储容量上实现双重提升。重松补充道：“我们相信，这项成果将极大推动新一代磁性存储器的发展，助力打造高性能、高密度的新型存储解决方案。”
在全球能源压力不断上升、电子设备日益普及的背景下，任何提升能效与空间利用率的技术进展都至关重要。这项研究不仅刷新了我们对多铁性材料操控机制的理解，也为更强大、更环保的数字技术铺平了道路。
